Jedan primer pripreme GIS okruženja u procesu ... - Telfor 2007

15. Telekomunikacioni forum TELFOR 2007 Srbija, Beograd, novembar 20.-22., 2007.
Jedan primer pripreme GIS okruženja u procesu
planiranja pristupnih mreža
Aleksandar Vukosavljevi, Milica Popovi, Jelena Milinkovi, Slaana Jovanovi
Sadržaj — U radu je dat nain pripreme GIS okruženja u
procesu planiranja pristupne mreže naselja Kaluerica u
Beogradu. Opisano je na koji nain se ovo okruženje
priprema kad je u pitanju kablovski ili bežini pristup, i na
koji nain se korišenjem GIS alata stvaraju preduslovi za
dimenzionisanje mreže i za izradu tehno-ekonomske analize.
Prikazani su neki od rezultata korišenja GIS alata. Ukazano
je na znaaj korišenja GIS okruženja u procesu planiranja
pristupnih mreža.
Kljune rei – GIS, kablovski pristup, pristupna mreža,
softverski alati, WiMAX
I. UVOD
Kada se pred planerima pristupnih telekomunikacionih
mreža pojavi izbor razliitih tehnologija koje
podrazumevaju bežini, kablovski (bakarni ili optiki)
nain rešavanja pretplatnike petlje, sve više dobija na
znaaju priprema GIS okruženja, kao uslov pravilnog
sagledavanja elemenata pristupa, elemenata tehnoekonomske
analize, a samim tim i izbora naina realizacije
pristupa.
Predmet ovog rada je primer korišenja razliitih
softverskih alata u pripremi GIS okruženja pri postupku
planiranja pristupne mreže naselja Kaluerica u Beogradu
korišenjem bežinog i kablovskog pristupa. Naselje
Kaluerica je poseban izazov za svakog planera pristupne
mreže. Ono je jedan od primera neurbanizovanih naselja
bez razvijene komunalne infrastrukture. Nepotpuni i
netani statistiki podaci mogu da dovedu do velikih
grešaka u proceni kapaciteta, što bi imalo negativan
ekonomski efekat pri realizaciji telekomunikacione
infrastrukture naselja. Primenom GIS alata stvoreno je
okruženje za taniju procenu kapaciteta, i osnova za
planiranje i procenu elemenata izrade tehno-ekonomske
analize za razliite realizacije pristupa.
II. KORIŠENI SOFTVERSKI ALATI
Kako bi se izvršila što tanija predikcija potrebnih
kapaciteta na terenu i najoptimalnijeg naina realizacije
lokalne pretplatnike petlje korišeni su sledei softverski
alati:
Aleksandar Vukosavljevi, Telekom Srbija, (telefon: 381- 11-
3200480, e-mail: aleksandarvuk@telekom.yu)
Milica Popovi, Telekom Srbija, (telefon: 381- 11-3120185, e-
mail: milicapop@telekom.yu)
Jelena Milinkovi, Telekom Srbija, (telefon: 381- 11-3200530,
e-mail: jelenamilin@telekom.yu)
Slaana Jovanovi, Telekom Srbija, (telefon: 381- 11-
3200521, e-mail: sladjanajo@telekom.yu)
NIR NetworkPlaningTool (Hexagon) – alat za radio
planiranje koji obuhvata veliki broj modula za razliite
analize, kao i podršku za razliite tehnologije kao što su
WiMAX, CDMA, FHCDMA i drugi…
MI Professional (Mapinfo) – alat koji služi kao
softverska GIS platforma za NIR (Hexagon), i ije GIS
funkcionalnosti softver za planiranje koristi kako bi
svojim proracunima dao prostornu komponentu, tj
vizuelizovao ih u 2D i 3D okruženju.
MAP IMAGERY – add in dodatak za MAPINFO koji
omoguava rad sa mapama i svim rasterskim fajlovima
u ECW formatu
TeleCAD GIS (INOVA) – alat za projektovanje
pristupne mreže koji je korišen za georeferenciranje
podloga postojeeg stanja, unos podataka o infrastukturi
Telekoma na predmetnom podruju, vektorizaciju, itd…
MAP 3D 2006 (Autodesk) - alat za kompjuterski
potpomognuto dizajniranje koji je korišen u
situacijama kada je bilo potrebno precizno usaglašavanje
koordinata taaka od interesa, a da o njima nisu postojali
podaci koji bi mogli da omogue automatsko
georefereniranje. Tehnikom vizuelnog potvrivanja
karakteristinih taaka dolazilo se do prihvatljivih
rezultata.
ER Viewer – alat za pregled i konvertovanje ECW
formata u neke od standardnih formata (tiff, bmp,…).
Proces planiranja je mogue obaviti razliitim
softverskim alatima, ali uz obavezno korišenje:
digitalnih 2D mapa (ortofoto mape, topografske mape
oblasti za koje se znaju koordinate ivica i koje služe da
se vizuelno pozicioniraju pretplatnici i bazne stanice),
3D mapa terena tzv. DTM (digitalni zapis u kojem su
zapisane nadmorske visine taaka sa odreenom
rezolucijom – 5, 10, 20m...),
klaterske baze (tano opisuju i definišu teren: šuma,
reka, naselja).
Telekom Srbija kontinualno nabavlja geoprostorne
podatke (digitalne topografske karte, digitalne ortofoto
snimke, digitalne modele terena, vektorske podatke) od
interesa za obavljanje poslovnih aktivnosti. Sa intranet
sajta Preduzea preuzete su rasterske podloge od interesa.
III.
PRIPREMA PODLOGA ZA PROCES PLANIRANJA
KABLOVSKOG PRISTUPA
Da bi se sagledalo podruje od interesa, prvi korak je
formiranje odgovarajue 2D mape terena od preuzetih
topografskih podloga koje je proizveo Vojnogeografski
Institut. Rasterske podloge se dobijaju u
nekompresovanim formatima (tiff i bmp) tako da veliina
jedne podloge može da bude i do 200 MB pa je prenošenje
fajlova u izvornom obliku preko raunarske mreže
619

neekonomino i praktino nemogue. Iz tog razloga sve
podloge su prvo obraene i prevedene u oblik pogodan za
prenos preko raunarske mreže. Obrada se sastoji od
kompresije u ECW (Enhanced Compressed Wavelet)
format koji uz neznatan gubitak kvaliteta smanjuje
veliinu podloge i do 20 puta. ECW format sadrži i
podatke o stvarnom položaju podloge u prostoru i
projekciji tako da se nakon uitavanja u neki od GIS alata
podloga automatski postavlja na svoje tane koordinate.
Praktino svi GIS alati itaju ECW format. Autodesk MAP,
koji predstavlja GIS desktop platformu u Telekomu, ima
potpunu podršku za ECW format. Na isti nain priprema
se i ortofoto snimak podruja (Geokarta 2003), koji se
takoe preuzima sa intranet sajta Preduzea.
Preklapanjem ovih podloga dobija se vizuelna
informacija o topografiji naselja Kaluerica. Meutim, za
bilo kakvu ozbiljniju analizu neophodno je imati
vektorizovane sve objekte datog podruja. Za te potrebe
korišen je BeoInfo sloj sa konturama objekata.
Na podruju naselja Kaluerica nalazi se kablovska
pristupna mreža kapaciteta koji ne zadovoljava sve potrebe
naselja. Bakarni kablovi su polagani direktno u zemlju uz
dugake vazdušne razvode. Stoga je sledei korak u
pripremi podloga za planiranje, sagledavanje postojeeg
stanja kablovske pristupne mreže.
Postojee stanje kablovske pristupne mreže prikazano je
na geodetskim podlogama A0 formata, te je potrebno
njihovo skeniranje. Medjutim, to nije dovoljno da bi
skenirani dokument postao i upotrebljiva digitalna
podloga. Prilikom prevoenja karte u digitalni oblik treba
osigurati da ona i u digitalnom obliku zadrži svoja
osnovna svojstva, a to su: prostorna odreenost, razmera,
geometrijska i matematika tanost, te sadržajna
celovitost. Stoga nakon skeniranja treba izvršiti proceduru
georeferenciranja i kalibracije, odnosno, uspostavljanje
veze izmeu koordinatnog sistema skeniranog rastera i
originala. Program TELECAD GIS poseduje kompletan
skup orua za obavljanje navedenih operacija.
Ovako dobijene podloge, koje su sada spremne za
upotrebu, koristimo kako bismo formirali naše podruje
od interesa uklapanjem svih obraenih podloga koje ine
naše podruje. Na sl. 3.7 je prikazan primer lošeg
preklapanja kalibrisanih i georeferenciranih podloga.
Podloge su pozicionirane na svoje mesto u prostoru, ali
kao što se sa slike vidi, odstupanja su i više nego
oigledna. Crvenim krugom obeleženo je mesto gde kabl
prelazi sa jednog na drugi list katastarske podloge. Sa slike
je vidljivo da je kabl na desnom listu pozicioniran nekih
50 metara ispod take na kojoj smo ga oekivali u
idealnom sluaju.
karakteristinih taaka (3 take). Rezultat se može videti
na sl. 3.8.
Sl. 3.7 Primer lošeg preklapanja kalibrisanih i
georeferenciranih podloga
Sl. 3.8 Dobro preklopljene podloge
Pošto smo dobili korektno uklapanje listova podloge,
sledi postupak vektorizacije postojeeg stanja pristupne
mreže. U ovom sluaju to je nainjeno kako bi se imao
sveobuhvatan pregled situacije na podruju. Uz pomo
ortofoto snimaka može se sagledati koji objekti nisu
obuhvaeni postojeom pristupnom mrežom.
Vektorizovan je kabl po kabl a kompletnom
vektorizacijom svih kablovskih podruja koja trenutno
pokrivaju podruje Kaluerice i njihovim istovremenim
prikazom može se dobiti jasna slika o postojeem stanju –
sl. 3.9.
U ovakvim situacijama, grešku mogu prouzrokovati
razliiti faktori, ali je naješi uzrok održavanje podloga
na papiru koje je problematino zbog velikog broja uticaja
koji mogu oštetiti podlogu, poevši od vlage, prirodnog
krivljenja papira, kao i uticaj ljudskog faktora tj.
nepravilnog korišenja podloga (neprecizno ucrtavanje,
nepravilno rukovanje...). Sledei korak je otklanjanje
ovakve greške koje može biti izvršeno na više naina
zavisno od željene preciznosti i tanosti rezultata
otklanjanja greške. U našem sluaju izvršeno je runo
navlaenje podloga jednu na drugu, na osnovu
Sl. 3.9 Trase postojeih kablova prikazane na ortofoto
snimku vektorizacije
Korišenjem pripremljenih podloga, statistikih
podataka o broju objekata preuzetih iz Beoinfo sloja,
ortofoto snimka na kome je jasno vidljiva putna mreža
unutar naselja Kaluerica, položaji objekata i mogu
pristup do njih, pristupa se podeli naselja po sledeim
principima:
620

definisati podruja koja sadrže oko 400 objekata
dužina 1pretplatnike petlje je do 800m, izuzetno do i
preko 1000 m
podruja zaokružiti tako da i u geografskom pogledu
budu celine; imajui u vidu putnu mrežu naselja i veliki
broj slepih ulica, sagledati celine tako u okviru datog
podruja postoji mogunost pristupa do svakog objekta
obzirom na topografiju naselja, pronai i oznaiti težište
podruja
Na ovaj nain je korišenje funkcionalnosti TeleCAD
Gis softverskog alata omoguilo je da se na podlogama
naselje isparceliše na 18 celina koji zadovoljavaju
pomenute principe, kako je to prikazano na sl. 3.10.
Dužina petlje nije ispoštovana samo u jednom kablovskom
podruju, u delu prema naselju Leštani.
Sl. 3.10 Podela naselja na funkcionalna podruja
Nakon podele naselja na funkcionalna podruja izvršen
je obilazak terena u cilju statistike procene srednje
vrednosti broja domainstava po objektu, kao i broja novih
objekata u odnosu na broj postojeih, prema dostupnim
podlogama i broju vektorizovanih objekata. Na taj nain
došlo se do multiplikacionih faktora, te su procenjeni
rezultati prikazani u Tabeli 1.
TABELA 1: BROJ OBJEKATA I PROCENJENI BROJ DOMAINSTAVA PO
FUNKCIONALNIM PODRUJIMA
Redni
broj
Broj
objekata
Procenjeni
broj
domainstava
1 522 1305
2 340 850
3 407 1018
4 453 1133
5 366 915
6 453 1133
7 403 726
8 400 720
9 473 852
10 439 791
11 410 738
12 401 722
13 474 854
14 457 823
15 380 684
16 402 724
17 412 742
518 145 261
Ukupno 7337 14991
Ovako pripremljena podloga i statistiki podaci
predstavljaju dalji osnov za planiranje kablovske pristupne
mreže i proraun elemenata tehno-ekonomske analize.
IV.
PLANIRANJE BEŽINOG PRISTUPA KORIŠENJEM
SOFTVERSKIH ALATA
Za planiranje fiksne bežine pristupne mreže naselja
Kaluerica korišen je softverski alat NIR, proizvoaa
Hexagon ltd.. NIR simulira i prati prostiranje radio talasa
koje emituju bazne stanice ka svojim korisnicima i
obratno. Za potrebe radio planiranja razvijeni su razliiti
propagacioni modeli koji uzimaju u obzir fizike
karakteristike sredine kroz koju se talas prostire, slabljenje
usled atmosferskih uticaja, uticaj refleksije, difrakcije i
druge uticaje [1]. Meu propagacionim modelima koje
softverski alat NIR podržava najznaajniji su Hata, Knife
Edge, ITU-R P.530, IEEE MMDS (SUI) i Ray Tracing.
Ova predikcija prostiranja daje prilino realne rezultate
mada nema apsolutnu tanost, zbog ega se uvek radi
kalibracija korišenih modela propagacije. Takoe, NIR
poseduje mogunost automatske selekcije najoptimalnijih
baznih stanica, koje bira izmeu ponuenih. Uz precizno
definisanje tehnologije, NIR omoguuje i definisanje
servisa, proraun kapaciteta po radio jedinici, kalkulaciju
potrebnih radio jedinica i njihovo frekvencijsko planiranje.
Softverski paket NIR HEXAGON radi na GIS platformi
proizvoaa MAPINFO. Radio planiranje u softverskom
alatu NIR obavlja se preko 3D mape terena. Konkretno,
korišena je 20-metarska 3D mapa terena. Kako nisu
postojali vektorizovani objekti, neophodni za taniju
predikciju pokrivanja, nainjena je i mapa zgrada sa
visinama. Za njenu realizaciju korišeni su poligoni zgrada
preuzeti iz BeoInfo sloja sa zgradama, dok su visine
pridružene poligonima dobijene interpolacijom na osnovu
3D mape terena i 3D mape terena sa zgradama.
Meutim, u procesu radio planiranja jako su bitne i
pomone 2D mape, kao što su mape ulica, topografske
mape, ortofoto snimci... Za formiranje ovih 2D mapa
potreban je uvoz ECW formata u alat za radio planiranje.
U te svrhe korišen je dodatak programu MAP IMAGERY
ili se pregled ECW formata obavljao uz pomo programa
ER Viewer. Program ER Viewer služi za pregled i
konvertovanje podataka iz ECW u neki od standardnih
formata kao što je BMP ili JPG. Ukoliko se koristi
AutoCAD, za dalju obradu , tj. odgovarajue funkcije kao
što su navlaenje na prave koordinate, ispravljanje grešaka
u rotaciji ili razmeri, jednostavnom instalacijom dodatka
za ECW format dobija se mogunost rada sa podlogama u
ECW formatu kao sa bilo kojim drugim standardnim
formatima.
Sve ove mape su georeferencirane. Za podruje Srbije
koristi se Gaus-Krigerova projekcija zone 7 [2]. Kako je
NIR baziran na na GIS platformi proizvoaa MAPINFO,
raspolaže velikim brojem alatki koje se tiu konverzije
projekcija i koordinata, georeferenciranja i sl.
Bilo kakav rad na ovom softverskom alatu podrazumeva
poznavanje demografskih podataka i podataka o profilu
korisnika na terenu. Ovi podaci su dobijeni iz više izvora i
to: baze podataka o korisnicima Telekoma Srbija, na
osnovu procene operativaca sa konkretnog podruja koji
imaju uvid u svakodnevni razvoj i postojee stanje
konkretnog podruja, i anketa sprovedena na terenu i to na
reprezentativnom uzorku. Svi ovi podaci neophodni su kao
ulaz za softverske analize koje se obavljaju u procesu
planiranja. Jedna od njih je kalkulacija kapaciteta, od ega
direktno zavisi i broj neophodnih radio kanala, a samim
tim i radio planiranje.
621

Sam softverski alat NIR omoguuje definiciju
tehnologije, antena i drugih sistemskih parametara. Za
tehnologiju bežinog pristupa izabran je WiMAX [3], u
skladu sa Generalnim projektom telekomunikacione
mreže, kao tehnologija koja je aktuelna i koja omoguuje
visoke protoke i ostvarivanje širokog spektra servisa. Kao
model propagacije izabran je HEXAGON 3D
propagacioni model.
Nakon definisanja baznih stanica (lokacija, visina i tip
antena, azimuti sektora), mogue je izvršiti analizu
pokrivanja po oblasti ili po korisnicima. Za prikazivanje
radio pokrivanja, odnosno snage primljenog signala (RSS),
pogodnije je koristiti analizu po oblasti. Program daje i
procentualnu raspodelu pokrivanja prema definisanim
pragovima RSS. Ovi pragovi se definišu tako da
odgovaraju tipovima modulacije koji se koriste u WiMAX
tehnologiji, a od kojih zavisi ostvariv protok. Budui da su
neki delovi podruja od interesa nenaseljeni, za dobijanje
procentualne raspodele korisnika po definisanim
pragovima RSS, prikazano na sl. 4.1, potrebno je definisati
objekte kao korisnike i zatim izvršiti analizu po
korisnicima. Softver sadrži i alate za proraun kapaciteta,
ali se preporuuje da se precizna kalkulacija uradi runo,
odnosno kalkulatorom specifinim za opremu pojedinog
proizvoaa.
Sl. 4.1 Radio planiranje naselja Kaluerica
U sluaju zadate oblasti od interesa i zadatih lokacija
baznih stanica, kao u ovom sluaju, mogue je pokrenuti
modul OptiSite, koji iz skupa zadatih lokacija daje one
koje su dovoljne za pokrivanje zadatog procenta
oblasti/korisnika. Takoe, može se dobiti i grafik koji
prikazuje poboljšanje pokrivanja sa poveanjem broja
baznih stanica, odakle se može proceniti opravdanost
postavljanja dodatne bazne stanice.
Rezultati radio planiranja dobijeni analizama u kojima
su korišene dve i tri bazne stanice i broj objekata sa
odgovarajuim tipom modulacije prikazani su u tabeli 2.
Tip modulacije zavisi od nivoa signala kod svakog
pojedinanog korisnika, a ostvarivi protok direktno zavisi
od tipa modulacije.
Po dobijanju zadovoljavajueg rezultata pokrivanja,
pristupa se frekvencijskom planiranju. Raspoložive radio
kanale potrebno je tako rasporediti po sektorima da se uz
što niži nivo interferencije maksimizuje kapacitet.
Meutim, dodela frekvencija je usko vezana za proraun
kapaciteta. Za te potrebe razvijeni su specijalni alati.
TABELA 2: BROJ OBJEKATA PO NIVOIMA SIGNALA ZA SLUAJ SA TRI
I ZA SLUAJ SA DVE BAZNE STANICE
Nivo signala
(dB) Modulacija 3 BS 2 BS
Razlika
(2)-(3)
Min do -100 - 396 479 83
-100 do -98 BFSK ½ 78 92 14
-98 do -97 BFSK ¾ 40 50 10
-97 do -94 QPSK ½ 144 171 27
-94 do -91 QPSK ¾ 114 157 43
-91 do -88 QAM16 ½ 82 114 32
-88 do -83 QAM16 ¾ 262 211 -51
-83 do -82 QAM64 2/3 74 76 2
-82 do Max QAM64 ¾ 5847 5687 -160
V. ZAKLJUAK
Korišenje GIS alata u planiranju pristupnih mreža
otvara veliki broj novih mogunosti za planere i daje jedan
novi kvalitet procesu planiranja, posebno u situaciji kad se
u pristupnim mrežama mogu koristiti pristupi bakarnim ili
optikim kablovima, ili bežini pristup. Oni obezbeuju
funkcionalnosti za unošenje prostornih podatka (npr.
iscrtavanje kablovske infrastrukture nad katastarskom
podlogom), omoguavaju analizu nad podacima u
prostoru, poseduju alate za ukrštanje prostornih (npr.
kablovsko podruje koje pokriva više blokova zgrada) i
klasinih podatka iz drugih baza (npr. demografska
struktura stanovništva u tim blokovima) radi izvoenja
složenih analiza i prorauna (npr. analiza postojeih i
planiranje buduih kapaciteta za odreene usluge na datom
podruju), poseduje alate za publikovanje podataka iz
centralne baze preko interneta/Intraneta i drugo.
U radu su opisani GIS alati i njihovo korišenje u
pripremi okruženja za proces planiranja pristupne mreže
naselja Kaluerica. Ovo naselje je i najpoznatije nelegalno
naselje u Evropi, za koje ne postoje odgovarajui DUP-ovi
i odgovarajui statistiki podaci, te je samo po sebi bilo
veliki izazov za planere pristupnih mreža. Korišenjem
GIS alata stvoreni su uslovi za bolje planiranje pristupne
mreže sa aspekta procene kapaciteta i procene elemenata
tehno-ekonomske analize za razliite naine realizacije
pristupa.
[1] D. Har, C Xu, H. Xia, “Propagation modelling for wireless local
loop channel”, International Journal of Communication Systems,
pp. 231 - 241
[2] F. Ohrtman, “WiMAX handbook: Building 802.16 Wireless
Networks”, Ed. New York: McGraw-Hill, 2005, pp. 1–9.
[3] S Delev, D. Blagojevi, “Novi državni referentni sistem republike
Srbije”, Dostupan: www.rgz.sr.gov.yu/DocF%5CFiles%5Cagros-
2007%5Csava
ABSTRACT
In this paper is given an examle of preparing GIS
environment in the process of planning an access network
in settlement named Kaludjerica in Belgrade. It is
described how GIS environment could improve process of
planning in the networks when cable is used (copper or
optical), or wireless access.
One example of preparing GIS environment in the
process of planning an access network
Aleksandar Vukosavljevi, Milica Popovi,
Jelena Milinkovi, Slaana Jovanovi
622